胡志強，左 君，王雯濤，馬洪斌

（河北省水利水電勘測設計研究院集團有限公司，石家莊 050086）

水資源是灌區(qū)建設發(fā)展不可或缺的重要資源，發(fā)展節(jié)水灌溉是運河灌區(qū)農(nóng)業(yè)的長遠大計和基本戰(zhàn)略。河北省灌區(qū)地下水超采問題日益突出，為降低地下水開采量，改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，建設運河灌區(qū)并進行現(xiàn)代化改造十分必要。 灌區(qū)水資源供需平衡分析是灌區(qū)規(guī)劃設計和現(xiàn)代化改造的基礎性工作之一，對保障灌區(qū)用水安全具有重要意義。 為進一步了解運河灌區(qū)水資源開發(fā)利用狀況， 合理規(guī)劃灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水，需對運河灌區(qū)進行水資源供需平衡分析，為灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 工程概況

1.1 灌區(qū)基本情況

故城縣地處河北省東南部，衛(wèi)運河西側，運河灌溉范圍包括故城縣的13 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，占據(jù)了故城縣全域95%的面積，地勢平坦，是衡水市的糧食主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)布局均為提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力， 運河灌區(qū)總面積為8.94 萬hm2， 其中耕地面積5.67 萬hm2， 園地0.26 萬hm2，林地0.26 萬hm2，草地0.25 萬hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地1.37 萬hm2，交通運輸用地0.45 萬hm2，水域及水利設施用地0.59 萬hm2，其他用地0.09 萬hm2。灌溉面積為5.67 萬hm2。

1.2 水源情況

運河灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水源主要是引調(diào)提工程供水和地下水。衛(wèi)運河取水口為衛(wèi)運河上的青年閘、和平閘、草寺閘、蘆莊閘4 座引水閘，引黃取水口為清涼江上的賈莊閘、西里屯閘2 座引水閘。

1.3 灌區(qū)工程情況

故城縣境內(nèi)有骨干渠道20 條，總長209.81 km，蓄水能力1338 萬m3；鄉(xiāng)鎮(zhèn)級支渠90 條，總長344.41 km；村級渠道462 條，總長852.4 km。全縣河道、干、支渠縱橫交錯、 相互連通， 在渠道狀況較好的情況下，能把地表水送到全縣所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)，具有得天獨厚的引水條件， 對故城縣的防洪排澇及農(nóng)田灌溉有顯著作用。

全縣共有納入坑塘長管理的坑塘758 個， 現(xiàn)狀坑塘通過引渠與上級渠道連通的有310 座，未與上級渠道連通的獨立坑塘有448 座，蓄水能力2900 萬m3。2021 年，故城縣地下水取水井共9023 眼，其中淺井8061 眼，深井962 眼。

1.4 灌區(qū)土地利用現(xiàn)狀

運河灌區(qū)處于河北中南部平原，地勢平坦，光熱條件良好，土地資源豐富，根據(jù)本次核定的灌區(qū)范圍，利用全國第二次土地普查的GIS 圖量算灌區(qū)范圍內(nèi)耕地面積、園地面積及林地面積等。經(jīng)量算，運河灌區(qū)總用地面積為8.94 萬hm2，耕地面積5.67 萬hm2。

灌區(qū)由20 條干渠組成，有效灌溉面積4.38 萬hm2，渠灌面積2.78 萬hm2，井渠雙灌面積1.6 萬hm2。灌區(qū)主要農(nóng)作物為小麥、夏玉米、棉花、蔬菜等農(nóng)作物及蘋果、梨、桃等林果，農(nóng)作物種植復種指數(shù)為152%。

1.5 灌區(qū)水資源利用情況

1.5.1 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

運河灌區(qū)主要供水水源為外來水和當?shù)氐叵滤?運河灌溉現(xiàn)狀外來水主要為引衛(wèi)水和南水北調(diào)中線引江水， 故城的南水北調(diào)中線劃給引水指標為1674 萬m3/a，近幾年變化不大，引衛(wèi)運河水量需要根據(jù)上游水庫蓄水及衛(wèi)運河基流情況相機而定， 自衛(wèi)運河和平閘，取多年平均引水量作為外來水量計列。根據(jù)故城縣地下水資源條件，2014、2015、2020 年壓減淺層地下水開采量的情況下，地下水超采現(xiàn)象得到有效遏制，但在農(nóng)業(yè)灌溉方面，地下水開采量仍占較大比重。2020 年，故城縣實際灌溉水量為8953 萬m3，其中地表水引水量為4153 萬m3，占46.4%，地下水開采量為4800 萬m3，占53.6%，地下水在農(nóng)業(yè)灌溉水源中占仍在50%以上。

1.5.2 存在問題

故城縣由于自產(chǎn)地表水水資源不足、 河渠水網(wǎng)不暢導致過境水利用率低， 以及現(xiàn)狀水資源供需存在一定矛盾。農(nóng)業(yè)用水量偏大，由于灌溉方式落后、灌溉水利用率低下、工程配套不完善、管理粗放等原因，用水浪費現(xiàn)象嚴重。不科學用水問題已影響到經(jīng)濟發(fā)展，進而嚴重威脅到故城縣的水資源和水環(huán)境安全［1］。

1.6 灌區(qū)供用水現(xiàn)狀情況

1.6.1 用水現(xiàn)狀

2020 年全縣總用水量為10453 萬m3。農(nóng)業(yè)用水量為8953 萬m3（占比85.65%），生活用水量為1180 萬m3（占比11.29%）， 工業(yè)用水量為300 萬m3（占比2.87%），生態(tài)用水量為20 萬m3（占比0.19%）。

1.6.2 供水現(xiàn)狀

根據(jù) 《衡水市水資源公報》 （2020 年度），2020 年全縣供水總量為10453 萬m3，各類水源供水情況如表1。

表1 故城縣2020 年各類水源供水情況統(tǒng)計

2 灌溉制度分析

2.1 灌溉保證率

運河灌區(qū)地處水資源短缺的華北平原， 作物以小麥、玉米等旱作為主，灌溉方式為地面灌溉。根據(jù)GB50288—2018《灌溉與排水工程設計標準》，灌溉方式為地面灌溉，所處地區(qū)為干旱地區(qū)或水資源緊缺地區(qū)，以旱作為主的灌溉設計保證率為50%～75%［2］。結合運河灌區(qū)實際情況，灌溉設計保證率取50%。

2.2 作物組成

運河灌區(qū)多年平均降水量531.5 mm， 年平均蒸發(fā)量1196.9 mm，屬溫帶、半濕潤季風氣候，適于小麥、玉米、棉花等農(nóng)作物及蘋果、梨、桃等林果生長，運河灌區(qū)耕地面積5.67 萬hm2， 主要農(nóng)作物為小麥、玉米、 棉花及蔬菜，現(xiàn)狀年灌區(qū)復種指數(shù)為152%。 運河灌區(qū)主要農(nóng)作物種植比例如表2。

表2 運河灌區(qū)主要農(nóng)作物種植比例

2.3 作物灌溉制度

依據(jù)DB 13/T5449—2021《農(nóng)業(yè)用水定額》，綜合分析確定主要作物凈灌溉定額。 小麥灌溉定額為2580 m3/hm2，玉米灌溉定額為885 m3/hm2，棉花灌溉定額為1890 m3/hm2，蔬菜灌溉定額為3135 m3/hm2。結合實際情況，確定項目區(qū)農(nóng)作物灌溉制度及年內(nèi)分配。并根據(jù)灌溉制度進行灌水率計算［3］，灌水率計算公式如下：

式中q 為某種作物的灌水率；α 為作物種植面積占灌溉面積的百分數(shù)；m 為農(nóng)作物各次灌水定額（m3/hm2）；T 為各次灌水時間（d）。

項目區(qū)灌溉制度及灌水率如表3，根據(jù)所得灌水率繪制灌水率如圖1。設計灌水率為5.4m3/s/萬hm2。

圖1 運河灌區(qū)設計灌水率

地下水壓采綜合治理實施后， 渠道輸水能力變強， 過程損失減小， 同時對農(nóng)作物灌溉方式進行調(diào)整，采用高效節(jié)水灌溉方式后，灌溉水有效利用系數(shù)提高，植物生長期用水量縮減，從而可以減少灌溉需水量［4］。根據(jù)實測資料計算，現(xiàn)狀渠灌灌溉水利用系數(shù)0.69，渠灌渠系水利用系數(shù)為0.77，田間水利用系數(shù)0.915，井灌灌溉水利用系數(shù)為0.83。依據(jù)《河北省節(jié)水行動實施方案》、GB 50288—2018 《灌溉與排水工程設計標準》及相關文件要求，加強灌區(qū)渠道輸水功能，同時做好土地平整和田間灌溉管道建設，規(guī)劃2025 年，渠灌渠系水利用系數(shù)提高到0.80，田間水利用系數(shù)達0.93，渠灌灌溉水利用系數(shù)達0.74，井灌灌溉水利用系數(shù)達0.85；規(guī)劃2035 年，渠灌渠系水利用系數(shù)提高到0.83，田間水利用系數(shù)達0.94，渠灌灌溉水利用系數(shù)達0.78， 井灌灌溉水利用系數(shù)達0.9。

3 灌區(qū)水資源供需平衡分析

3.1 灌區(qū)需水量預測

3.1.1 生活需水量預測

根據(jù)《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，至2025 年，全縣城鎮(zhèn)人口為28.70 萬人，用水定額為85 L/（人·d），農(nóng)村人口為25.51 萬人，用水定額為48 L/（人·d）；至2035 年，全縣城鎮(zhèn)人口將達36.17 萬人，用水定額為115 L/（人·d），農(nóng)村人口為23.12萬人， 用水定額為 60 L/（人·d），生活需水量預測結果如表4。

表4 故城縣城鎮(zhèn)生活需水量預測成果

3.1.2 工業(yè)需水量

根據(jù) 《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》， 至2025年， 全縣工業(yè)增加值260975 萬元， 工業(yè)用水定額9.5 m3/萬元；2035 年，全縣工業(yè)增加值390038 萬元，工業(yè)用水定額8.6 m3/萬元； 預測全縣工業(yè)需水量2025 年為248 萬m3，2035 年為337 萬m3。

3.1.3 農(nóng)業(yè)需水量

農(nóng)業(yè)灌溉需水量主要取決于灌區(qū)規(guī)劃的有效灌溉面積、單位灌溉面積用水量及灌溉水利用系數(shù)。結合縣域內(nèi)已進行地下水壓采綜合治理后的灌溉用水情況，預測農(nóng)業(yè)灌溉需水量。運河灌區(qū)農(nóng)業(yè)總需水量預測結果如表5。

表5 （P=50%）運河灌區(qū)農(nóng)業(yè)總需水量預測成果 單位:萬m3

3.1.4 生態(tài)環(huán)境需水量

根據(jù)《故城縣水系整合建設項目工程規(guī)劃》，通過水系規(guī)劃的聯(lián)合調(diào)度， 有計劃有步驟的分河段引水，從而實現(xiàn)整個城區(qū)內(nèi)的河道生態(tài)用水需求。運河灌區(qū)農(nóng)業(yè)總需水量預測結果如表6。

表6 生態(tài)需水量成果

3.1.5 總需水量

根據(jù)前述生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)需水量預測，2025 年總預測需水量為18941 萬m3，2035 年預測總需水量為20619 萬m3。

3.2 灌區(qū)可供水量預測

運河灌區(qū)供水水源主要包括當?shù)氐乇硭?地下水、引調(diào)水水源和非常規(guī)水。

3.2.1 地表水可供水量

根據(jù)《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，故城近期規(guī)劃年2025 年和遠期規(guī)劃年2035 年50%保證率下，蓄水工程可供水量均為110 萬m3。

3.2.2 引調(diào)提工程供水

（1）引衛(wèi)運河水供水。自衛(wèi)運河和平閘，取多年平均引水量作為外來水量計列，為9000 萬m3，主要供農(nóng)業(yè)用水兼顧生態(tài)用水。

（2）引黃河水供水。根據(jù)《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，2025 年故城縣年申請引黃河水量為1000 萬m3，故近期和遠期水平年可供水量為1000 萬m3。

（3）南水北調(diào)供水。故城縣南水北調(diào)中線、東線一期和東線二期工程的引江水指標分別為1674 萬、862 萬、3674 萬m3。由于工程的不確定性，本次近期平年中不考慮南水北調(diào)東線二期分水指標， 遠期可計入可供水量。

3.2.3 地下水供水

根據(jù)《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，2025 年故城縣地下水開采控制總量為6373 萬m3。2035 年故城縣淺層地下水可開采量為5012 萬m3。

3.2.4 其他水源開發(fā)利用

故城縣其他供水水源主要為非常規(guī)水利用。根據(jù)《故城縣水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，2025 年運河灌區(qū)非常規(guī)水量為319 萬m3，2035 年運河灌區(qū)非常規(guī)水量為519 萬m3。

綜上所述，2025 年運河灌區(qū)可供水量為19338 萬m3，2035 年可供水量為21851 萬m3。

3.3 供需平衡分析

根據(jù)前述成果，不同年份故城縣水資源供需平衡分析成果如表7。從表7 可知，在2025 年、2035 年故城縣運河灌區(qū)需水量均小于可供水量，且富余水量增加，故城縣運河灌區(qū)滿足大型灌區(qū)建設的要求［5-6］。

表7 供需平衡成果 單位：萬m3

4 結語

（1）大型灌區(qū)的建設離不開水土資源，根據(jù)分析計算得出故城縣從現(xiàn)狀年到規(guī)劃年剩余水資源量呈上升趨勢，可供水量可滿足用水需求，整個運河灌區(qū)可實現(xiàn)水資源供需平衡。

（2）建設運河灌區(qū)，可合理利用地表水，適當限采地下水， 有利于調(diào)整水源結構， 改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設［7-8］。